8.1认识非正弦周期信号(课件）-高二《电工技术基础与技能》同步教学（电子工业版）

　项目 八 认识瞬态过程 电动机启动，其转速由零逐渐上升，最终达到额定转速；高速行驶汽车的刹车过程是由高速到低速或高速到停止等。它们的状态都是由一种稳定状态转换到另一种新的稳定状态，这个过程的变化都是逐渐的、连续的，而不是突然的、间断的，并且是在一个瞬间完成的，这一过程就是本项目要研究的瞬态过程。 任务一 认识瞬态过程 任务二 RC串联电路的瞬态过程分析 项目评价 项目小结 思考与练习 任务一　认识非正弦周期信号 　 　 /// /// 任务分析 日光灯接通的瞬间，以及电容并联在电路中起电压保护作用的工作过程中，都存在一个瞬态变化的过程。这个瞬间发生的过程就是本任务要学习的瞬态过程。 一、瞬态过程 相关知识 1．稳定状态 稳定状态是指电路中的电压、电流已经达到某一稳定值，即电压和电流为恒定不变的直流或最大值与频率固定的正弦交流电。 　 　 /// /// 2．瞬态过程 瞬态过程又称过渡过程，是指电路从一种稳定状态向另一种稳定状态的转变过程。如图8-1所示的RC串联直流电路，当开关S闭合时，电源E通过电阻R，对电容C进行充电。电容两端的电压由零开始上升，达到电源E的电压后，只要电路的状态不变，电容两端的电压就保持不变，电容的充电过程就是一个瞬态过程。 3．瞬态过程产生的原因 1）纯电阻电路 纯电阻电路如图8-2所示，纯电阻电路的电流波形如图8-3所示。 图8-2　纯电阻电路 图8-3　纯电阻电路的电流波形 　 　 /// /// 2）电容电路 电容电路如图8-4所示，电容电路的换路电压波形如图8-5所示。 图8-4　电容电路 图8-5　电容电路的换路电压波形 闭合开关S前，iC = 0，uC = 0；闭合开关S后，由电容电路的换路电压波形可以看出，uC由零逐渐增加到U，所以电容电路存在瞬态过程。 　 　 /// /// 3）电感电路 电感电路如图8-6所示，电感电路的换路电流波形如图8-7所示。 图8-6　电感电路 图8-7　电感电路的换路电流波形 闭合开关S前，iL = 0；闭合开关S后，由电感电路的换路电流波形可以看出，iL由零逐渐增加到U/R，所以电感电路存在瞬态过程。 产生瞬态过程的原因可以总结如下： （1）电路中必须含有储能元件（内因）； （2）电路状态的改变或电路参数的变化（外因）。 　 　 /// /// 1．换路的定义 由于电路工作条件发生变化，例如，电源的接通或切断，使得电路连接方法或参数的突然变化称为换路。 2．换路定律 在学习换路定律之前，先设定几个符号及其所表示的含义： ① t = 0表示换路时刻； ② t = 0－表示换路前的终了时刻（瞬间）； ③ t = 0+表示换路后的初始时刻（瞬间）。 1）电感元件 由于电感所储存的磁场能量在换路的瞬间保持不变，即换路前终了时刻的电流与换路后初始时刻的电流相等，表示为 iL(0+) = iL(0－) 二、非正弦周期信号的谐波分析 　 　 /// /// 2）电容元件 由于电容所储存的电场能量在换路的瞬间保持不变，即换路前终了时刻的电压与换路后初始时刻的电压相等，表示为 uC(0+) = uC(0－) 所以，从t = 0－到t = 0+ 瞬间，电感元件中的电流和电容元件上的电压不能突变，这就称为换路定律。 规定：只含有一个储能元件的电路称为一阶电路；把t = 0+时刻的电路电压值、电路电流值称为初始值。 电路瞬态过程初始值的计算，按下面步骤进行： （1）求出t = 0－时的电容电压uC(0－)和电感电流iL(0－)的值； （2）求出t = 0+时的电容电压uC(0+)和电感电流iL(0+)的值； 三、换路定律的应用 　 　 /// /// （3）画出t = 0+时的等效电路，把uC(0+)等效为电压源，把iL(0+)等效为电流源； （4）求电路其他电压和电流在t = 0+时的数值。 【例8-1】　 如图8-8所示的电路中，已知R1 = 2Ω，R2 = 6Ω，US = 10V，开关S闭合前电路已达到稳定状态，求换路后瞬间各元件上的电压和电流。 图8-8　例8-1图 　 （a）电路图 （b）t = 0－时的等效电路 （c）t = 0+时的等效电路 　 　 /// /// 【例8-2】在图8-9中，直流电压源的电压US = 50V，R1 = 5Ω，R2 = 5Ω，R3 = 20Ω，电路已达到稳态，在t = 0时，断开开关S，试求0+时的iL、UC、UR、iC、UL。 （a）电路图 （b）t＝0+时的等效电路 图8-9　例8-2图 $$